CN102684588A - 永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置及启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，包括三相整流电路和永磁同步电机，永磁同步电机与三相整流电路通过U、V、W三路连接；启动检测装置还包括主控电路、人机模块和反电动势检测电路；反电动势检测电路的输入端与永磁同步电机的U、V、W三路连接，反电动势检测电路的输出端与主控电路的输入端连接；主控电路的电流采样端还与永磁同步电机连接；主控电路的输出端与三相整流电路连接；主控电路还与人机模块连接；三相整流电路为可控的三相整流电路。本发明还提供了一种永磁同步电机无速度传感器的启动方法。本发明能进行可控整流且可获得电机转速、转子位置以及反电动势的幅值和相位等信息。

Description

永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置及启动方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其在中小功率风力发电机中的应用，具体讲是一种用于风力发电机组中的永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置及启动方法。

背景技术

永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置及启动方法即是采用无速度传感器的永磁同步电机的启动检测装置及方法。在风力发电系统中，功率变流部分包括三相整流电路和永磁同步电机，所述的永磁同步电机与三相整流电路通过U、V、W三路连接。所述的三相整流电路由六个二极管组成。由于二极管是不控整流的，即二极管的通断是不受控制的，因此该种不控整流的特性决定了电机电流的非正弦化，功率因数低，从而使得电机容量的利用率低。同时永磁同步电机在启动时就有一定的电机转速，这时该电机的反电动势不为零，而在风力发电机组启动前，现有技术的三相整流电路无法获得电机的转速（即反电动势的频率）、转子位置（即反电动势的电角度）、相序（电机连接相序状态）以及反电动势的幅值等信息，因此在直接嵌入算法启动后会造成电机的瞬间过流，并产生一个较大的扭矩，造成风电机组震动，从而对机组的机械传动系统以及功率器件造成损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺陷，提供一种能进行可控整流且可获得电机转速、转子位置以及反电动势的幅值和相位等信息的永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置及启动方法。

本发明的技术方案是，提供一种永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，包括三相整流电路和永磁同步电机，所述的永磁同步电机与三相整流电路通过U、V、W三路连接；所述的启动检测装置还包括主控电路、人机模块和反电动势检测电路；所述反电动势检测电路的输入端与永磁同步电机的U、V、W三路连接，所述反电动势检测电路的输出端与主控电路的输入端连接；所述主控电路的电流采样端还与永磁同步电机连接；所述主控电路的输出端与三相整流电路连接；所述的主控电路还与人机模块连接；所述的三相整流电路为可控的三相整流电路。

所述可控的三相整流电路包括一电容C1、电压测量传感器V1、六个绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S3、S4、S5和S6，所述晶体管S1的c极与晶体管S3的c极、晶体管S5的c极、电容C1的一端连接；所述晶体管S1的e极与晶体S2的c极、永磁同步电机的U路连接；所述晶体管S3的e极与晶体S4的c极、永磁同步电机的V路连接；所述晶体管S5的e极与晶体S6的c极、永磁同步电机的W路连接；所述晶体管S2的e极与晶体管S4的e极、晶体管S6的e极与电容C1的另一端连接；所述晶体管S1的g极、S2的g极、S3的g极、S4的g极、S5的g极和S6的g极均与主控电路连接；所述的电压测量传感器V1的两端分别与电容C1的两端连接。

所述的反电动势检测电路包括三相降压电路和三相比较电路，所述三相降压电路的输入端与永磁同步电机的U、V、W三路连接，所述三相降压电路的输出端与三相比较电路的输入端连接；所述三相比较电路的输出端与主控电路连接。

所述主控电路为DSP。

所述人机模块由键盘模块和显示模块组成。

一种永磁同步电机无速度传感器的启动方法，包括以下步骤：

a、当永磁同步电机放开制动闸后，永磁同步电机在桨叶的带动下进行旋转，产生反电动势；

b、反电动势经过三相整流电路进行不控整流，得到直流母线电压，即获得了电机的反电动势幅值；

c、通过反电动势检测电路的检测，获得反电动势频率、电角度以及电机连接相序相关的三相模拟信号，并将该信号传输至主控电路；

d、主控电路接收上述信号并进行数据处理，获得电机的反电动势幅值、反电动势频率、电角度以及电机连接相序状态，将这些数据代入电机控制算法，产生驱动信号传递给三相整流电路，系统进入可控整流运行状态，使永磁电机同步发电。

采用以上装置和方法后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置及启动方法采用的是绝缘栅双极型晶体管进行可控整流，即该晶体管的通断受主控电路的控制，因此这种可控的特性决定了电机电流的正弦化，功率因数较高，从而使得电机容量的利用率较高，使得风机的发电效率较高。同时，本发明通过三相整流电路检测出电机的反电动势幅值，通过反电动势检测电路的检测，得出反电动势的频率、电角度以及电机连接相序状态，最后将上述信号传送给主控电路进行处理，使得电机的控制算法具有较为准确的初始值，通过控制三相整流电路中晶体管的动作，避免了电机启动瞬间造成的瞬间过流，同时也避免了对机组的机械传动系统造成冲击，保证了永磁同步电机的正常启动以及使用寿命。

附图说明

图1是本发明永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置的电路框图。

图2是三相整流电路的电路原理图。

图3是反电动势检测电路的电路原理图。

图中所示1、三相降压电路，2、三相比较电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明是一种永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，包括三相整流电路和永磁同步电机，所述的永磁同步电机与三相整流电路通过U、V、W三路连接；所述的启动检测装置还包括主控电路、人机模块和反电动势检测电路；所述反电动势检测电路的输入端与永磁同步电机的U、V、W三路连接，即图3中的U、V、W分别与永磁同步电机的U、V、W连接；所述反电动势检测电路的输出端与主控电路的输入端连接，即图3中的IOu、IOv、IOw与主控电路的IO端口连接；所述主控电路的电流采样端还与永磁同步电机连接，所述主控电路的电流采样端与永磁同步电机的U、V、W中任意两相连接均可以；所述主控电路的输出端与三相整流电路连接，所述主控电路的输出端即PWM输出端；所述的主控电路还与人机模块连接，采用RS485进行通信；所述的三相整流电路为可控的三相整流电路。

所述可控的三相整流电路包括一电容C1、电压测量传感器V1、六个绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S3、S4、S5和S6，其中六个绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S3、S4、S5和S6即我们常见的IGBT；所述晶体管S1的c极与晶体管S3的c极、晶体管S5的c极、电容C1的一端连接；所述晶体管S1的e极与晶体S2的c极、永磁同步电机的U路连接；所述晶体管S3的e极与晶体S4的c极、永磁同步电机的V路连接；所述晶体管S5的e极与晶体S6的c极、永磁同步电机的W路连接；所述晶体管S2的e极与晶体管S4的e极、晶体管S6的e极与电容C1的另一端连接；所述晶体管S1的g极、S2的g极、S3的g极、S4的g极、S5的g极和S6的g极均与主控电路连接；所述的电压测量传感器V1的两端分别与电容C1的两端连接。其中C1两端的电压即PN端的电压，即直流母线电压。

所述的反电动势检测电路包括三相降压电路1和三相比较电路2，所述三相降压电路1的输入端与永磁同步电机的U、V、W三路连接，所述三相降压电路1的输出端与三相比较电路2的输入端连接；所述三相比较电路2的输出端与主控电路连接。所述的反电动势检测电路如图3所示，其为现有技术，其具体的连接结构如图3所示即可。

所述主控电路为DSP，即为DSP2407芯片。

所述人机模块由键盘模块和显示模块组成。

一种永磁同步电机无速度传感器的启动方法，包括以下步骤：

a、当永磁同步电机放开制动闸后，永磁同步电机在桨叶的带动下进行旋转，产生反电动势，此时风力发电机组中的可控整流器未工作。

b、反电动势经过三相整流电路进行不控整流，即三相整流电路中的IGBT反并二极管开始不控整流后获得直流母线电压，即PN端电压，也就是获得了电机的反电动势幅值；

c、通过反电动势检测电路的检测，获得反电动势频率、电角度以及电机连接相序相关的三相模拟信号，并将该信号传输至主控电路；

d、主控电路接收上述信号并进行数据处理，获得电机的反电动势幅值、反电动势频率、电角度以及电机连接相序状态，将这些数据代入电机控制算法，产生驱动信号传递给三相整流电路，系统进入可控整流运行状态，使永磁电机同步发电。

由于风力发电机转动惯量很大，电机转速不会突变。当检测到上述几个电机初始状态后，整流器即切入工作，IGBT开始斩波工作，由于预先知道了电角度以及反电动势的幅值和频率，一开始输出的电压矢量和反电动势就基本对应，从而使切入瞬间的电机电流最小，也即对风力发电机机械部分的冲击最小。

电机的无速度控制方案采用转速开环、力矩电流闭环的工作方式。整流器通过接受PLC的力矩信号，这里采用六位IO口输入的方式获得，其力矩电流的分辨率为1/64的额定电流。给定力矩电流采用线性变化的方式，由于启动瞬间给定力矩为零，从而可使得风机平稳的获得输出转矩。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，包括三相整流电路和永磁同步电机，所述的永磁同步电机与三相整流电路通过U、V、W三路连接；其特征在于：所述的启动检测装置还包括主控电路、人机模块和反电动势检测电路；所述反电动势检测电路的输入端与永磁同步电机的U、V、W三路连接，所述反电动势检测电路的输出端与主控电路的输入端连接；所述主控电路的电流采样端还与永磁同步电机连接；所述主控电路的输出端与三相整流电路连接；所述的主控电路还与人机模块连接；所述的三相整流电路为可控的三相整流电路。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，其特征在于：所述可控的三相整流电路包括一电容C1、电压测量传感器V1、六个绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S3、S4、S5和S6，所述晶体管S1的c极与晶体管S3的c极、晶体管S5的c极、电容C1的一端连接；所述晶体管S1的e极与晶体S2的c极、永磁同步电机的U路连接；所述晶体管S3的e极与晶体S4的c极、永磁同步电机的V路连接；所述晶体管S5的e极与晶体S6的c极、永磁同步电机的W路连接；所述晶体管S2的e极与晶体管S4的e极、晶体管S6的e极与电容C1的另一端连接；所述晶体管S1的g极、S2的g极、S3的g极、S4的g极、S5的g极和S6的g极均与主控电路连接；所述的电压测量传感器V1的两端分别与电容C1的两端连接。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，其特征在于：所述的反电动势检测电路包括三相降压电路（1）和三相比较电路（2），所述三相降压电路（1）的输入端与永磁同步电机的U、V、W三路连接，所述三相降压电路（1）的输出端与三相比较电路（2）的输入端连接；所述三相比较电路（2）的输出端与主控电路连接。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，其特征在于：所述主控电路为DSP。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机无速度传感器的启动检测装置，其特征在于：所述人机模块由键盘模块和显示模块组成。

6.一种永磁同步电机无速度传感器的启动方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、当永磁同步电机放开制动闸后，永磁同步电机在桨叶的带动下进行旋转，产生反电动势；

b、反电动势经过三相整流电路进行不控整流，得到直流母线电压，即获得了电机的反电动势幅值；

c、通过反电动势检测电路的检测，获得反电动势频率、电角度以及电机连接相序相关的三相模拟信号，并将该信号传输至主控电路；

d、主控电路接收上述信号并进行数据处理，获得电机的反电动势幅值、反电动势频率、电角度以及电机连接相序状态，将这些数据代入电机控制算法，产生驱动信号传递给三相整流电路，系统进入可控整流运行状态，使永磁电机同步发电。

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